5分でわかるデジタル家電のABC

デジタル家電の技術 Vol.005

デジタル家電の技術 Vol.005
【どうやって色を表すか・・・カラーフィルタ】
発行：2007.03.10　10:00
--------------------------------------------------------------
【目次】
１．X君の話
２．カラーフィルタ
３．原色フィルタと補色フィルタ
４．単板方式
５．まとめ
６．次回予告
７．編集後記
--------------------------------------------------------------
【１．X君の話】
X君
「デジカメって、どういう仕組みなのか全くわかりませんでした。
でも、このメールマガジンを読んでいて。
少しずつですが、わかってきたような気がします」

私
「それはよかった。苦労して説明した甲斐がありました」

X君
「正直に言って、難しすぎる内容もありますが。。。
ところで、
撮像素子といわれているCCDやCMOSについては大体わかりました。

素朴な疑問としては、どうやって色を表しているかということです。
CCDのところでRGBの話が出てきましたが、
それについてもっと詳しく知りたいです」

私
「では、今回は色について説明しようか」
--------------------------------------------------------------
【２．カラーフィルタ】
撮像素子（CCD、CMOSなど）は、
フォトダイオードで「光の強さを電荷に変えて」
それを電気信号に変換すると説明しました。

しかしそれは、「光の強さ」を電気信号に変えるだけなのです。
じゃあ、色はどうやって表すのでしょうか？

デジタルカメラは、「カラーフィルタ」というものを用いています。
デジタルカメラのカタログには、
「原色フィルター」や「補色フィルター」
などと書かれている場合があります。
（何も書かれていない場合もありますが）


ここで、色の基本を確認しましょう。

「色の違い=光の周波数の違い」
と考えてください。
（難しかったら、深く考えず、
まあそういうもんなのかと思っていて下さい）

同じ光なのに、赤く見える光、
紫に見える光などがありますね。

つまり、その違いは「周波数」なのです。

例えば、量子力学の観点から説明すると、
「光は粒子性と波動性を持つ」などと言いますが、
ここでは、それほど深くは考えずに、

光は波であり、波の「周波数の違いが色の違いである」

と考えておいて下さい。


すると、
「ある周波数のものは通しやすいが、
他の周波数は通しにくい」

というようなものを作れば、赤は通すが、緑は通さない。
というような物を作ることが出来ます。

こういう性質のものをフィルタといいます。

余談ですが、携帯電話やラジオなどにもフィルタは使われています。
この場合は、必要な周波数の電波を通し、それ以外の電波は通さない。
というような、フィルタを用いています。

詳しくは、後ほど機会があれば説明することにします。
--------------------------------------------------------------
【３．原色フィルタと補色フィルタ】
原色フィルタというのは、色の三原色を使うフィルタです。

色の三原色というのは、赤、緑、青の三つです。
いわゆる、RGBというものですね。
（R=RED,G=GREEN,B=BLUE）

この他に、印刷などで使われているCMYKという方式もあります。
（本やチラシなどのカラー印刷、カラープリンタなど）

C=CYAN：シアン=薄い青色
M=MAGENTA：マゼンタ=薄い赤
Y=YELLOW：黄色
K=BLACK：黒

黒をKと表すのは、「Key plate」のKのようです。
BだとBLUEと混同しやすいので、BLACKの一番後ろの"K"を
取っているのかと思っていましたが、これは間違いのようです。

デジカメで撮影した画像を印刷すると、
色の違いが出る場合がありますが、
それは、RGBとCMYKの違いというのが理由の一つです。


さて、原色フィルタは、赤、緑、青を使うフィルタです。
補色フィルタは、シアン、マゼンダ、黄色、緑の4色を使うものです。

補色フィルタで緑を使う理由は、人間の目は、緑が一番よく映る。
（つまり、緑色に対して感度が一番高い）からでしょうか。

撮像素子（CCDやCMOS）の前にフィルタを置くわけですが、
その方式には、二種類あります。

１）単板方法
２）他板方法

の二種類です。

１）の単板方式は、一枚の撮像素子の前にフィルタを置く方式。
２）の他板方式は、3枚か4枚の撮像素子の前にフィルタを置く方式です。
（原色フィルタの場合は3枚、補色フィルタの場合は4枚）

通常のデジタルカメラでは、単板方式が用いられています。

2）は、プリズムのようなもので光を分けて、
（例えば、赤、緑、青の三種類に分ける）
それを三種類のフィルタを通し、

[1]赤用・撮像素子
[2]緑用・撮像素子
[3]青用・撮像素子

で処理する方法です。これは、ビデオカメラなどに使われます。
つまり、この場合は3つの撮像素子が必要になるのです。
（例：3CCD方式などと呼ばれる）
--------------------------------------------------------------
【４．単板方式】
ここでは、デジタルカメラでよく使われている
「単板方式」について書くことにします。

原色フィルタ（RGB）は、緑色が多く配置されています。
その理由は、人間の目には緑が一番よく「感じる」からです。

ところで、疑問に思ったことはありませんか？
ここで、400万画素のCCDで撮影したと仮定しましょう。

もしも、「赤色だけ」の物体を撮影した場合を考えてみましょう。

緑、青の撮像素子では、赤は感知されません。

そうすると、400万のうち赤の部分だけがデータを感知。
それ以外の部分は、何もデータがないという状態になってしまいます。
（何もデータが無いというのは、正確な言い方ではないかもしれませんが）

そうすると、せっかくの400万画素が生かされず、
100万画素ぐらいのデータになってしまいます。

（この「割合」は、フィルタの種類によって異なりますが、
ふつうは緑色が多いので、赤と青は4分の1ぐらいの量になります）

（緑が多い理由は、先に説明したように
人間の目は「緑に敏感」だからです）


こういう場合は、周りの状況から推測して、
「ここは感知されていないが多分、赤だろう」
というように「推測」していく方法が取られます。

これを「補間処理」などと呼ぶようです。
--------------------------------------------------------------
【５．まとめ】
デジタルカメラでは、フィルタを使って色を分けている。
何故なら、撮像素子は、「光の強さ」しか感知できないから。
（つまり、色を見分けることができない）

１）原色フィルタ＝赤、緑、青の三種類で分けるフィルタ
２）補色フィルタ＝シアン、マゼンダ、黄色、緑の4色で分けるフィルタ

フィルタを撮像素子の前に置く方式は、この二つがある。
１）単板方法
２）他板方法

デジタルカメラでは、ふつうは単板方式が用いられる。

綺麗な色を出すために「補間方式」などが用いられている。
--------------------------------------------------------------
【６．次回予告】
まだ未定ですが、
色や画像処理あるいはデータ圧縮などについて書いてみたいです。
--------------------------------------------------------------
【７．編集後記】
電気店などにいくと、次々と新しい製品が出てきて驚かされます。
電気メーカも必死で、新しいものを開発しています。
このペースで行くと、あと10年後どんな世界になるのでしょうか。
我々の世代も使いこなせないような製品ばかりになったりして・・・
--------------------------------------------------------------

この記事の発行者<<前の記事 ｜ 次の記事>> ｜ 最新の記事